光通信用半导体激光器PDF电子书下载

1绪论：光通信基础知识 1

1.1 概述 1

1.2 光通信简介 1

1.2.1 光通信基础 1

1.2.2 重要的巧合 3

1.2.3 光放大器 4

1.2.4 完整的技术 5

1.3 半导体激光器图片 5

1.4 本书结构 7

1.5 问题 8

2激光器的基础知识 9

2.1 概述 9

2.2 激光器简介 9

2.2.1 黑体辐射 9

2.2.2 黑体辐射的统计热力学观点 11

2.2.3 几种概率分布函数 11

2.2.4 态密度 12

2.2.5 黑体光谱 15

2.3 黑体辐射：爱因斯坦的观点 16

2.4 激射的含义 18

2.5 自发辐射、受激辐射和激射之间的差异 20

2.6 一些激射系统例子 21

2.6.1 掺铒光纤激光器 21

2.6.2 氦-氖气体激光器 21

2.7 小结 23

2.8 问题 24

2.9 习题 25

3半导体激光材料1：基础 26

3.1 概述 26

3.2 能带和辐射复合 26

3.3 半导体激光器材料体系 28

3.4 确定带隙 30

3.4.1 Vegard定律：三元化合物 31

3.4.2 Vegard定律：四元化合物 32

3.5 晶格常数、应变和临界厚度 33

3.5.1 薄膜外延生长 34

3.5.2 应变和临界厚度 34

3.6 直接和间接带隙 37

3.6.1 色散图 37

3.6.2 色散图的特点 40

3.6.3 直接和间接带隙 40

3.6.4 声子 41

3.7 小结 43

3.8 问题 43

3.9 习题 44

4半导体激光材料2：态密度、量子阱和增益 46

4.1 概述 46

4.2 半导体中电子和空穴的密度 46

4.2.1 方程式（4.9）的变换：有效质量 48

4.2.2 方程式（4.9）的变换：包含带隙 50

4.3 量子阱激光材料 51

4.3.1 理想量子阱中的能级 52

4.3.2 实际量子阱中的能级 54

4.4 量子阱中的态密度 55

4.5 载流子数 57

4.5.1 准费米能级 57

4.5.2 空穴数与电子数 58

4.6 激射条件 59

4.7 光增益 60

4.8 半导体光增益 61

4.8.1 联合态密度 62

4.8.2 占据因子 63

4.8.3 比例常数 64

4.8.4 线宽展宽 64

4.9 小结 65

4.10 学习要点 66

4.11 问题 66

4.12 习题 67

5半导体激光器的运行 70

5.1 概述 70

5.2 简单的半导体激光器 71

5.3 激光器的定性模型 71

5.4 吸收损失 74

5.4.1 带间和自由载流子吸收 75

5.4.2 能带-杂质吸收 76

5.5 速率方程模型 77

5.5.1 载流子寿命 79

5.5.2 稳态的重要性 80

5.5.3 增益和光子寿命的单位 81

5.5.4 斜率效率 83

5.6 腔面镀膜器件 84

5.7 完整DC分析 87

5.8 小结 89

5.9 问题 90

5.10 习题 91

6半导体激光器电学性质 94

6.1 概述 94

6.2 p-n结基础 94

6.2.1 载流子密度作为费米能级位置的函数 95

6.2.2 p-n结中的能带结构和电荷 98

6.2.3 非偏p-n结中的电流 100

6.2.3.1 扩散电流 100

6.2.3.2 漂移电流 100

6.2.4 内置电压 101

6.2.5 空间电荷区宽度 102

6.3 外加偏置的半导体p-n结 104

6.3.1 外加偏置和准费米能级 104

6.3.2 复合和边界条件 105

6.3.3 少子准中性区扩散电流 108

6.4 半导体激光器p-n结 110

6.4.1 二极管理想因子 110

6.4.2 阈值处的固定准费米能级 110

6.5 二极管特性总结 111

6.6 激光器的金属接触 112

6.6.1 能级定义 112

6.6.2 能带结构 114

6.7 激光器欧姆接触的实现 117

6.7.1 金属-半导体结中的电流传导：热离子发射 118

6.7.2 金属-半导体结中的电流传导：隧穿电流 119

6.7.3 二极管电阻和接触电阻的测量 120

6.8 小结 121

6.9 问题 122

6.10 习题 123

7光学腔 125

7.1 概述 125

7.2 本章概述 126

7.3 法布里-珀罗光腔概述 127

7.4 激光腔支持的光学纵模 128

7.4.1 标准具支持的光学模式：一维激光腔 128

7.4.2 长标准具的自由光谱范围 129

7.4.3 法布里-珀罗激光器腔体中的自由光谱范围 131

7.4.4 法布里-珀罗激光器的光学输出 133

7.4.5 纵模 134

7.5 基于光谱的增益计算 135

7.6 光腔中的横向模式 137

7.6.1 真实激光器中横向模式的重要性 138

7.6.2 全反射 140

7.6.3 横向电场和横向磁场模式 141

7.6.4 波导模式的定量分析 142

7.7 二维波导设计 146

7.7.1 二维限制 146

7.7.2 有效折射率方法 146

7.7.3 针对激光器的波导设计 148

7.8 小结 149

7.9 问题 150

7.10 习题 150

8激光器调制 153

8.1 概述：数字和模拟光传输 153

8.2 数字传输规格 154

8.3 激光器小信号调制 155

8.3.1 小信号调制的测量 156

8.3.2 LED的小信号调制 157

8.3.3 回顾激光器速率方程 159

8.3.4 小信号均匀激光器响应的推导 161

8.3.5 小信号激光器均匀响应 163

8.4 激光器AC电流调制 164

8.4.1 推导大纲 164

8.4.2 激光器调制的测量和方程 165

8.4.3 激光器调制响应分析 167

8.4.4 时间常数效应示范 169

8.5 激光器带宽的极限 170

8.6 相对强度噪声测量 172

8.7 大信号调制 173

8.7.1 眼图建模 174

8.7.2 激光器系统注意事项 175

8.8 小结 176

8.9 学习要点 176

8.10 问题 177

8.11 习题 178

9分布反馈激光器 180

9.1 单波长激光器 180

9.2 单波长激光器的必要性 181

9.2.1 单波长器件的实现 183

9.2.2 窄增益介质 183

9.2.3 高自由光谱范围和中等增益带宽 183

9.2.4 外部布拉格反射器 185

9.3 分布反馈激光器：概述 186

9.3.1 分布反馈激光器：物理结构 186

9.3.2 布拉格波长和耦合 188

9.3.3 单位往返增益 188

9.3.4 增益包封 189

9.3.5 分布反馈激光器：设计与制作 190

9.3.6 分布反馈激光器：零净相位 191

9.4 分布反馈激光器的实验数据 194

9.4.1 相位对阈值电流的影响 194

9.4.2 相位对腔体功率分布及斜率的影响 194

9.4.3 相位对单模良率的影响 196

9.5 建模分布反馈激光器 198

9.6 耦合模式理论 201

9.6.1 衍射的直观图像 201

9.6.2 分布反馈激光器的耦合模式理论 202

9.6.3 测量κ 206

9.7 固有单模激光器 207

9.8 其他类型的光栅 208

9.9 学习要点 209

9.10 问题 210

9.11 习题 210

10其他：色散，制造及可靠性 212

10.1 概述 212

10.2 色散和单模器件 213

10.3 激光器的温度效应 215

10.3.1 波长的温度效应 215

10.3.2 直流特性的温度效应 216

10.4 激光器制造：晶圆生长，晶圆制造，芯片制造与测试 219

10.4.1 衬底晶圆制造 219

10.4.2 激光器设计 220

10.4.3 异质结构生长 221

10.4.3.1 异质结构生长：分子束外延 221

10.4.3.2 异质结构生长：金属有机物化学气相沉积 221

10.5 光栅制作 223

10.5.1 光栅制作 223

10.5.2 光栅二次生长 224

10.6 晶圆制造 225

10.6.1 晶圆制造：脊形波导 225

10.6.2 晶圆制造：掩埋异质结构与脊形波导 226

10.6.3 晶圆制造：垂直腔面发射激光器 228

10.7 芯片制造 230

10.8 晶圆测试和良率 231

10.9 可靠性 232

10.9.1 单个器件测试和失效模式 233

10.9.2 失效的定义 234

10.9.3 老化速率的阿伦尼乌斯关系 234

10.9.4 老化速率，FIT和MTBF分析 235

10.10 结束语 237

10.11 小结 238

10.12 问题 239

10.13 习题 239

附录 241

附录1 国际单位制词头（SI词头） 241

附录2 单位换算表 242

附录3 常用物理量 242

附录4 中英文词汇对照表 243

参考文献 247